有机化学教学材料-03补充材料

1、王杨 化学042 041001321寡糖内容提纲概述种类功能测定方法制备方法结语寡糖又称低聚糖( Oligosaccharide) 。是一类由210个单糖单位以糖苷键相连形成的糖分子,一般构成单元为五碳糖或六碳糖。 其分子通式一般可表示为( C6H10O5) n,n 为210,分子量约3002 000 Da。寡糖具有低热、稳定、安全无毒、无残留等理化性质,但具体的理化性质在很大程度上取决于各类寡糖的化学组成。寡糖概述寡糖的种类目前已确认的寡糖有 1 000 多种。根据单糖的数目可以将寡糖分为双糖、三糖、四糖、五糖、六糖等。重要的双糖有蔗糖、乳糖、麦芽糖、纤维双糖；重要的三糖有棉子糖；重要的四糖

2、有水苏糖。根据组成的单糖类型是否相同分为均一寡糖( Homooligosaccharide) 和不均一寡糖( Heterooligo- saccharide) 。根据是否存在半缩醛羟基分为还原性寡糖和非还原性寡糖。根据寡糖的生物学功能分为普通寡糖和功能性寡糖。寡糖的种类普通寡糖中有我们所熟悉的蔗糖、麦芽糖、 乳糖、海藻糖、环糊精及麦芽寡糖等。 功能性寡糖包括果寡糖、木寡糖、甘露寡 糖、葡萄寡糖、寡乳糖等。寡糖的种类-功能性寡糖果寡糖（Fructooligosaccharides,FOS）,是在蔗糖分子 上以-1，2糖苷键结合数个D-果糖所形成的一组低聚糖总称。木寡糖(Xylooligosacc

3、harides,XOS)，是几个D-木糖或 其他五碳糖或六碳糖与D-木糖4位生成糖苷键而形成的寡糖。甘露寡糖(Manoligosaccharides,MOS)，是几个甘露糖分 子或甘露糖与葡萄糖通过-1，2、-1，3、-1，4、 -1，6糖苷键形成的寡糖。寡糖的种类-功能性寡糖葡萄寡糖(Glucooligosaccharides,GOS)，是 葡萄糖分子通过-1，2、-1，3、-1，6糖 苷键（-葡萄寡糖）或通过-1，3、-1，6 糖苷键（-葡萄寡糖）形成的寡糖。寡乳糖(Galactooligosaccharides,GAS)，是蔗 糖的葡萄糖分子上通过-1，6糖苷键结合几个 半乳糖形成的一类

4、寡糖。寡糖的功能天然的寡糖大部分存在于高等植物的糖苷、动物的血浆糖蛋白和糖脂中，作为具有比较复杂构造的生物体成分的构成因子而起作用。 普通寡糖可以被机体消化吸收，产生能量， 对肠道有益菌生长无促进作用。各种功能性寡糖的功能都类似。寡糖能够抑制细菌、真菌， 同时对肿瘤细胞有抑制作用。在疾病治疗、营养与保健、畜牧养殖、植物生长调节及抗病等方面的应用具有巨大潜力。寡糖的功能-功能性寡糖 1、疾病治疗寡糖具有抗肿瘤、抗黏附、抗休克、抗过敏、平 喘及保护肝脏的作用，还能增强机体的抗感染能 力，对神经内分泌系统也有一定的药理作用。 也有研究表明，从菊科植物芙蓉菊的枝和叶中分离得到的芙蓉菊多糖经水解，得到的

5、寡糖组分可以促进胰岛素的分泌。寡糖的功能-功能性寡糖2、营养与保健 在一些国家寡糖被称为“特定健康食品”。寡糖作 为一种双歧杆菌促进因子可以促进双岐杆菌增殖, 改善肠内环境，促进矿物质吸收。此外寡糖不升 高血糖，可以降低血脂，预防虫牙。寡糖的功能-功能性寡糖3、畜牧养殖多年来，饲料中都添加抗生素,其主要目的是控制动物体内的细菌数量,改 进生长效率及饲料利用率。尤其是在普遍饲养管理方式不良及高密度饲养 的环境下，很容易有疾病爆发的的可能性，所以更需要添加预防性的抗生 素。 但在动物饵料中使用抗生素药物, 会导致动物产生抗药性,尤其对水生动物 还会造成不耐长途运输。寡糖是一种无残留和无抗药性的新型

6、抗生素。饲料中添加适量的寡糖, 可以提高动物的生长速度，改善动物的健康状况，提高饲料转化率，提高动物对营养物质的吸收率,增强动物的抗病力和免疫力等。 还有研究发现在鲤鱼的基础饵料中,添加寡糖可以显著地提高鲤鱼的生长速度和饵料利用率，同时对鲤鱼的耐长途运输能力没有影响。寡糖的功能-功能性寡糖 4、植物生长调节及抗病 （1）生长调节 以壳寡糖为例。壳寡糖是一种新的植物激素: 一方面,在植物体内可作为激活甲壳素酶的诱导物,而甲壳素酶 可将甲壳素降解为甲壳四糖以上的寡糖片断，由这些寡糖片断再诱发植物防御素，从而具有阻碍病原菌生长繁殖的功能。 另一方面，壳寡糖又能调节植物基因的关闭和开放，促进植物细胞的

7、活化，刺激植物的生长。寡糖的功能-功能性寡糖（2）抗病壳寡糖是一种良好的生物源农药,它能够诱导植物产生抗 病性, 具备一定的杀菌效果,并能够提高其他一些杀虫剂 的杀虫效果。 此外，葡萄寡糖、半乳糖醛酸寡糖，也是常见的能激活 植物自卫系统的激活剂。这些寡糖都是无毒、无公害的 新农药。寡糖的测定方法 1、寡糖的分离方法 （1）色谱法 研究表明采用高效液相色谱法( HPLC) 结合薄层 色谱法( TLC) 对甲壳胺寡糖有良好的分离效果。 而反相色谱能将寡糖衍生物较好的分离，能够在 质谱图上得到很好的序列信息。寡糖的测定方法采用衍生化使寡糖带上发色荧光基团或电荷 与硼酸盐等络合 与缓冲溶液中的添加剂形

8、成配合物，使之在高pH 缓冲条件下电离 加入表面活性剂使之形成胶束 （2）毛细管电泳( CE) 法寡糖类化合物产生电迁移得以相互分离 寡糖的测定方法 （3）柱层析法柱层析法主要有活性碳柱层析法、纤维柱层析 法、硅胶柱层析法。进行柱层析法时，对于不同的寡糖可采用不同 的介质，再根据不同的介质选择不同的柱层析 法。寡糖的测定方法2、寡糖的结构分析方法（1）化学方法 包括甲基化分析、Smith 降解、过碘酸氧化、乙 酰解、三氧化铬氧化等。（2）物理方法 包括核磁共振波谱、质谱、电泳、酶学方法等。寡糖的制备方法获得寡糖的主要途径有从天然原料中提取、人工化学合 成、酶法合成三种。从天然原料中提取未衍生化

9、的寡糖产品十分困难。目前,适用于此法制造的寡糖有棉籽糖( 从甜菜甜蜜中提取) 、大豆寡糖( 从大豆乳清中提取)、黑曲霉寡糖( 从菌体中抽提)等。 化学合成法的化学反应条件十分严格、不易控制、后处理 也繁琐，而且主要限于寡糖的物化特性研究，所以不够理 想。从食品工业角度看，作为一种大量使用的功能性基料 必须考虑寡糖的生产成本。因此更实用的方法是利用生物 技术即酶法合成来生产各种寡糖。 寡糖的制备方法-酶法合成酶法合成寡糖是目前大量合成寡糖的唯一有效方法。普通动物来源的糖酶含量低、难以纯化制取、稳定性差， 目前多选取微生物酶源。微生物酶制剂主要包括：糖苷转移酶类、糖苷水解酶类及 磷酸化酶类三种。用

10、来合成寡糖的原料主要为淀粉、蔗糖、乳糖等。这 些原料来源充足, 价格便宜, 并可以综合利用。寡糖的制备方法-酶法合成1 、 微生物糖苷转移酶类(1) 种类、来源、特点 目前工业化合成寡糖使用的糖基转移酶主要是环状糊精合成酶、-葡萄糖基转移酶、-葡萄糖基转移酶、果糖基转移酶等。这些酶一般是从黑曲霉(Aspergillus niger)、米曲霉(Aspergillus oryzae)、Sporoboromyces菌、Rahnella菌等菌株中提取的。由于这类酶制剂多属胞内酶，专一性较高，因此如用于寡糖的生产则产品具有较高的纯度。寡糖的制备方法-酶法合成(2)作用机制糖苷转移酶是在以糖核苷酸作为底物

11、，ATP水解提供能量的情况下来合成各种寡糖的。如寡乳果糖的合成是以蔗糖和乳糖为原料，用糖基转移酶催 化而成。它的合成途径主要有两种： 利用半乳糖苷转移酶将乳糖分解产生的-半乳糖基转移 到蔗糖中葡萄糖的C4羟基上，如Rahnella菌产生的某些酶类。 利用果糖基转移酶将蔗糖分解产生的果糖基转移至乳糖还 原性末端的C1羟基上，适合的酶类有纳豆芽孢杆菌 (Bacillus natto)产生的果聚糖蔗糖酶(Levansucrase) 。寡糖的制备方法-酶法合成(3)运用状况由于微生物糖基转移酶产量一般较低，同时酶的稳定性又相当差，因此在工业上运用较少。但这类酶的专一性较高，一旦用于某种寡糖生产则产品会

12、具有较高的纯度。现阶段主要的产品有低聚乳果糖、低聚果糖、各种纤维低聚等。如工业上生产低聚果糖，就是采用黑曲霉(Apergillus niger)等产生的果糖转移酶作用于高浓度(50 60)的蔗糖溶液，经过一系列的酶转移作用而获得低聚果糖产品，这一产品经过活性炭脱色、膜分离技术和离子交换等手段提纯可得寡糖含量高达95左右的高纯度产品。寡糖的制备方法-酶法合成2 、 微生物糖苷水解酶类 (1)种类、特点、来源 微生物糖苷水解酶种类比较多，除真菌外，细菌、酵母菌都能产生大量的糖苷水解酶。现在生产上运用较多的糖苷水解酶类主要有：葡萄糖苷酶、脱脂酶、 -半乳糖苷酶、 -半乳聚糖酶、 -呋喃果糖苷酶等 。

13、相对于糖基转移酶，一般微生物糖苷水解酶都具有良好的稳定性，且易于分离制备，因此更广泛地运用于功能性寡糖的生产。 寡糖的制备方法-酶法合成 目前用于合成低聚糖的产-半乳糖苷酶的微生物主要 有： Mortielera vinacea、M vinacea、 Pseudomonas、 Pycnoporuscinnabarinus、 Asporyzae 、 Asporyzae 、 Triharzianum 、 Cryptococuus laurentii、 Lipomyces starkeyi和Pcitrinum 等； 用于产-呋喃果糖苷酶的微生物主要有: 节杆菌(Arthrobacter spK1)、

14、日本曲菌(Aspergillus japonicus)等； 用于产半乳糖苷酶的微生物主要有: 脆臂酵母乳、酸克鲁维酵母、脆臂克鲁维酵母(Kfragi)、 乳糖酵母、米曲霉、黑曲 霉(Aniger)及环状芽孢杆菌等。 寡糖的制备方法-酶法合成(2)作用机制 微生物糖苷水解酶合成低聚糖的基本理论是首先形成酶和单糖的复合 物，通过催化水解反应，断开糖苷键，以水分子或其它糖醇作为糖基 受体化合物，同时转化糖基，使未经衍生的单糖和低聚糖合成糖苷 键，从而生成新的低聚糖产物。如用-半乳糖苷酶来生产低聚乳糖 时，反应至少分以下三步进行： 酶+乳糖=酶-乳糖 酶-乳糖=半乳糖苷-酶+葡萄糖 半乳糖苷-酶+受体

15、=半乳糖苷-受体+酶 反应第三步酶将半乳糖苷转移给含羟基的亲核受体。当受体是水时则 生成半乳糖;受体是糖时，则生成二糖、三糖和其它相应的半乳糖苷 低聚糖。同时这些产物又可以作为底物被酶缓慢水解。因此乳糖的水 解反应可视为是半乳糖苷转移反应的特殊情况，即以水为半乳糖苷的 受体。寡糖的制备方法-酶法合成微生物糖苷水解酶在生产中的运用比较多，而且技术都比较成熟利用-葡萄糖苷酶生产低聚异麦芽糖利用节杆菌产生的-呋喃果糖苷酶生产低聚乳果糖、低聚半乳糖、蔗果四糖及蔗果五糖 利用脱脂酶生 产环状糊精 利用-半乳糖苷 酶生产棉子糖和 蜜二糖(3)运用状况寡糖的制备方法-酶法合成3 、 微生物磷酸化酶(1)种类

16、、来源、特点 目前用于低聚糖合成的微生物磷酸化酶主要有三类： 蔗糖磷酸化酶、麦芽糖磷酸化酶和纤维二糖磷酸化酶。产蔗糖磷酸化酶的主要微生物有: Pseudomonas sacharophila、Pputrefaciens、 Clostridium pasteurinum 、Acetobacter xylinum 、Pullulans 和Leuconostoc mesenteroides菌等； 产麦芽糖磷酸化酶的微生物有: Neisseria meningitidis和Lactillus brevis菌等； 产纤维二糖磷酸化酶的微生物目前只报到了一种: Clostridium thermocellum 。微生物磷酸化酶底物特异性较高，合成的低聚糖均为双糖。寡糖的制备方法-酶法合成(2)作用机制以蔗糖磷酸化酶为例来说明这类酶的作用基理。研究证明该酶能够催化两种类型的转移反应:将葡萄糖-1-磷酸的D-葡萄糖转移到受体化合物上，如它能够以G-1-P和D-果糖为底物合成蔗糖。葡萄糖-1-P+受体=葡萄糖-受体+磷酸将蔗糖的D-葡萄糖转移到受体糖分子上。蔗糖+受体=葡萄糖-受体+D